抗车辙沥青混合料的组成设计与制备

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(唐山市交通运输局，河北 唐山 063000)

引言

公路沥青路面早期破损问题是困扰公路通行的重要病害，其中尤其以车辙病害最为明显。其形成原因除全球气候变暖、重载超载渠化交通等因素外，公路沥青路面设计的适应性是否全面也是重要原因[1]。

已有研究表明，车辙主要可分为3种类型：结构型车辙、失稳型车辙和磨耗型车辙。其中又以失稳型车辙对路面造成的损坏最为严重，其次是磨耗型车辙。车辙病害会严重影响路面的耐久性,降低路面的平整度，影响行车舒适性；导致沥青表面层厚度减薄，降低了沥青表面层及整体结构层的强度；造成雨雪天路面积水，降低路面抗滑能力，给高速行车的安全性带来隐患；导致车辆在更换方向或超车时失控，影响车辆行驶的稳定性等[2]。

根据沥青各层功能性的设计要求，上面层应具有稳定、抗滑、抗疲劳、粗糙、防水等特性，尤其应具有良好的温度稳定性和耐磨损性；中面层则要充分发挥其抗车辙性，而下面层需重点考虑抗疲劳性能。目前，在路面配合比设计中往往对各面层的功能认识不充分，设计中过度强调上面层的高性能和多功能，而忽视了中、下面层的作用，导致表面层与中下面层不能相互协调，无法实现沥青路面结构层的多用途高性能。为了改善上述问题，我国在多条高速公路进行了多种尝试，例如使用改性沥青和掺杂纤维的SMA沥青混合料、采用抗车辙剂等[3-4]。本文针对抗车辙剂对沥青混凝土性能的影响进行了研究，考察了抗车辙剂的适应性及拌和工艺等，为提高沥青混凝土的抗车辙性提供相关依据。

1 原材料选取与混合料级配设计

1.1 原材料的选取

沥青选用重交通沥青SK-70；矿料选用石灰石质集料，包括石灰石粗细集料碎石、石屑、机制砂和矿粉。抗车辙剂选用以聚乙烯([CH2-CH2]n)为主体材料的新型抗车辙剂。

1.2 混合料级配设计

将AC-20F型沥青混合料作为基准沥青混凝土，此类型的混合料具有较低的动稳定度，试验的主要目的是考察抗车辙剂对混合料的影响。矿料级配如表1所示。

表1 AC-20C矿料的配比1)

2 沥青混凝土试件的性能研究

基质沥青混凝土的物理性能参数见表2。为了提高路面的抗水损害能力，JTG E20—2011《公路沥青及沥青混合料试验规程》规定采用浸水马歇尔试验检测沥青混合料的抗水剥落能力；采用冻融循环劈裂比评价沥青混合料的抗水损害能力。本文的试验进行了基质沥青混合料的路用性能研究，结果见表3。

表2 基质沥青混凝土的性能参数

表3 基质沥青混合料的路用性能指标

由表3的测试结果可知，此次制备的AC-20混凝土的动稳定度仅为1 313次/mm。在70 ℃下的动稳定度仅为519次/mm，而设计强度要求达到7 000次/mm，故抗车辙性能远达不到设计要求。如果AC-20混凝土作为中下面层材料，抗车辙性能很差，所以选取一种合适的抗车辙剂极为重要。

现以AC-20沥青混凝土作为基质混凝土，添加不同用量的抗车辙剂，考察其对沥青混凝土路用性能的影响。抗车辙剂掺量分别为沥青混合料质量的0.2%、0.4%和0.6%，在干拌时投入抗车辙剂，干拌时间90 s，再加沥青湿拌90 s，最后加入矿粉搅拌90 s。矿粉与集料的加热温度控制在190～200 ℃，沥青加热温度控制在160～170 ℃，成型试件的温度控制在150～160 ℃。试验结果如表4所示。

表4 抗车辙剂不同掺量下沥青混凝土的试验结果

从表4可以看出，掺加抗车辙剂的沥青混合料具有很强的抗车辙性能，动稳定度指标比不使用抗车辙剂的基质混合料的动稳定度要高出10倍以上。研究还发现，使用抗车辙剂制备沥青混凝土应注意以下问题：抗车辙剂要在沥青混凝土的热集料干拌期间投入，拌和温度要比正常值提高10～15 ℃，并与热集料混合料搅拌均匀。抗车辙剂用量应控制在沥青混凝土质量的0.2%～0.6%之间。如果掺量为0.2%～0.4%，沥青混凝土油石比应保持不变；掺量为0.4%～0.6%时，则油石比要提高0.05%～0.1%。

3 沥青混合料微观结构分析

本文试验中对普通集料、普通集料混合SK-70沥青及普通集料混合抗车辙剂样品的微观结构进行了SEM观察，结果发现以下现象：

(1)普通集料的表面有较多的凹凸边角与微孔。

(2)沥青混合普通集料在集料表面的沥青薄膜层粘附较薄，原因主要是沥青在加热后，呈现大流动状态，无法在集料表面形成较厚的粘附层。

(3)当抗车辙剂与热集料拌和后，抗车辙剂虽熔化但不流淌，并且大量粘附于集料表面，有利于随后加入的热沥青与集料粘附，在此过程中抗车辙剂起到了良好的界面剂效果。同时，熔化状态下的抗车辙剂在拌和过程中，能够充分与沥青接触并对其改性，限制了热沥青的自由流动，改善了沥青混凝土的抗车辙性能。

4 结论

4.1 添加抗车辙剂能够显著地提高沥青混合料的抗车辙能力，动稳定度比未使用抗车辙剂的基质混合料提高10倍以上。当抗车辙剂用量为0.6%时，动稳定度可以达到20 000次/mm以上。

4.2 抗车辙剂用量应控制在沥青混凝土质量的0.2%～0.6%之间。如果抗车辙剂的掺量为0.2%～0.4%时，沥青混凝土油石比保持不变；如果掺量为0.4%～0.6%，则油石比要提高0.05%～0.1%。

4.3 通过SEM观察微观结构表明，当抗车辙剂与热集料拌和后，抗车辙剂虽熔化但不流淌，并且大量粘附于集料表面。同时，熔化状态下的抗车辙剂在拌和过程中，能够充分与沥青接触并对其改性，限制热沥青的自由流动，改善沥青混凝土的抗车辙性能。

参考文献：

[1] 麻丽妹，王强.抗车辙沥青路面技术应用研究[J].公路交通科技，2010(11)：77.

[2] 李培健，周建华，陈明清.沥青路面抗车辙性能影响因素研究[J].山西建筑，2008，34(31)：282-283.

[3] 李建新，李晓琛.抗车辙剂在沥青路面中面层的路用性能探析[J].广东建材，2012(12)：6-8.

[4] 汪百春.木质素纤维、聚酯纤维在SMA沥青混凝土中的应用[J].北方交通，2010(10)：21-24.

Abstract：The present paper states the causes of wheel track formation on high-class asphalt concrete pavement and its harm.Combined with the effect of anti-rut agent on bituminous road performance，this paper studies the influence of anti-rut agent on dynamic stability and its main effects.After mixing anti-rut agent with hot aggregate，it melts rapidly and adheres to mineral aggregate surface abundantly，which limits the free mobility of bituminous.

Key words：asphalt concrete pavement；anti-rut agent；bituminous mixture；dynamic stability；microstructure